Os astrónomos utilizaram o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para fazer uma descoberta verdadeiramente incrível: um buraco negro fugitivo 10 milhões de vezes maior que o Sol, atravessando o espaço a espantosas 2,2 milhões de milhas por hora (1.000 quilómetros por segundo).
Isto não só o torna no primeiro buraco negro supermassivo em fuga confirmado, como também é um dos objetos que se movem mais rapidamente alguma vez detetados, orbitando o seu planeta natal – um par de objetos nomeados.coruja cósmica“a 3.000 vezes a velocidade do som ao nível do mar da Terra. Se isso não fosse chocante o suficiente, o buraco negro está empurrando um “choque de arco” de material do tamanho de uma galáxia para frente enquanto arrasta uma cauda de 200.000 anos-luz atrás dele, na qual o gás está se acumulando e desencadeando a formação de estrelas.
“Este é o único buraco negro já descoberto tão longe do seu planeta natal”, disse Van Dokum. “Isso faz dele o melhor candidato para um buraco negro supermassivo em fuga, mas o que falta é a confirmação. Tudo o que realmente temos é uma sequência que é difícil de explicar de outra forma. Com o JWST, confirmámos agora que existe de facto um buraco negro na ponta da sequência, e que está a acelerar para longe do seu antigo hospedeiro.”
Como identificar um fugitivo
Este buraco negro supermassivo agora confirmado é van Dokkum e colegas encontraram pela primeira vez Volte para 2023 e use Telescópio Espacial Hubble, Ele avistou o que parecia ser o rastro de um objeto enorme viajando pelo espaço. É claro que, como todos os buracos negros, esta fuga é limitada por uma superfície unidirecional de retenção de luz chamada horizonte de eventos, tornando-a difícil de detectar.
“Um buraco negro é negro e difícil de detectar quando passa pelo espaço vazio”, disse Van Dokum. “Descobrimos este objeto devido ao impacto que a passagem do buraco negro tem na sua vizinhança: sabemos agora que cria uma onda de choque no gás por onde passa, e é esta onda de choque que vemos, bem como o rasto da onda de choque atrás do buraco negro.” “Com o JWST, descobrimos que há um enorme deslocamento de gás na ponta da esteira e que o buraco negro está empurrando-o. O sinal de impacto é muito claro e não há dúvidas sobre o que está acontecendo aqui.” O gás está sendo empurrado para longe do buraco negro supermassivo a centenas de milhares de milhas por hora (centenas de quilômetros por segundo), uma assinatura dinâmica que a equipe viu com o JWST.
“A velocidade com que o gás é expelido está diretamente relacionada com a velocidade do buraco negro, que é como determinamos a velocidade do buraco negro com base nos dados do JWST”, disse Van Dokum. “Ele move-se a cerca de 1.000 quilómetros por segundo, mais rápido do que qualquer outro objeto no Universo. É esta alta velocidade que permite ao buraco negro escapar à atração gravitacional do seu antecessor.”
Como é que os buracos negros supermassivos “ficam fora de controlo”?
Van Dokum explicou que existem dois mecanismos possíveis que poderiam fazer com que um buraco negro supermassivo fosse ejetado do centro da sua galáxia. Ambas as condições começam quando duas galáxias colidem e começam a fundir-se, cada uma destruindo o seu próprio buraco negro supermassivo. Ambos os mecanismos são ativados quando um buraco negro supermassivo atinge o centro de uma galáxia recém-formada.
“O primeiro mecanismo é que dois buracos negros se fundem, e a radiação gravitacional (ondas gravitacionais) liberada durante a fusão produz um forte recuo no buraco negro recém-formado. A velocidade desse recuo pode chegar a 1.000 quilômetros por segundo, o que é suficiente para ejetar o buraco negro”, disse Van Dokum. “A segunda é uma interação de três corpos. Isso acontece quando há um par em uma das duas galáxias. buraco negro duplo no centro disso. Quando um terceiro buraco negro entra no sistema binário, torna-se instável e um dos três buracos negros é expulso do sistema. “
A equipe acredita que esta é a primeira explicação para um buraco negro supermassivo em fuga nesta situação. Isto resultaria na falta de buracos negros supermassivos no centro das galáxias, que, segundo Van Dokum, provavelmente não terão grande impacto nas galáxias. No entanto, este buraco negro supermassivo em fuga pode ter um enorme impacto em quaisquer outras galáxias que encontre à medida que avança pelo espaço.
“Um encontro com outra galáxia seria bastante espetacular, principalmente por causa da enorme onda de choque do tamanho de uma galáxia que precede o buraco negro”, continuou Van Dokum. “Quando esta onda de choque encontra o gás denso de outra galáxia, ela comprime e impacta esse gás e potencialmente forma muitas novas estrelas. Será um espetáculo e tanto!”
Felizmente, os dois anéis de galáxias que compõem a Coruja Cósmica estão a cerca de 9 mil milhões de anos-luz de distância, o que significa que mesmo que este titã cósmico em fuga esteja a dirigir-se na nossa direção, não temos de nos preocupar com a possibilidade de ele nos alcançar.
As fusões entre galáxias são comuns e ocorrem várias vezes durante a vida de uma única galáxia. Isto significa que os buracos negros supermassivos ejetados também podem ser comuns, embora o número de buracos negros varie dependendo de como essas colisões são modeladas.
Van Dokum disse: “As fusões ocorrem frequentemente durante a vida das galáxias; cada galáxia do tamanho e da massa da Via Láctea sofre várias fusões durante a sua vida. Portanto, os binários dos buracos negros devem formar-se com grande regularidade. Não sabemos com que rapidez, se é que o fazem, estes binários se fundem, e com que frequência o impulso resultante remove o buraco negro.” “O meu argumento é empírico: agora que sabemos como procurá-los, podemos encontrar outros exemplos, e então podemos responder à questão diretamente a partir dos dados, contando o número de fugas. É importante ressaltar que até agora as fugas de buracos negros existiram puramente no domínio da teoria.” Embora a teoria previsse buracos negros supermassivos fugitivos antes desta descoberta confirmar a sua existência, isso não significa que as descobertas não trouxeram algumas reviravoltas inesperadas.
“Tudo neste estudo me surpreendeu! Nunca pensei que veria algo assim, e confirmar isso com o JWST é incrível”, disse Van Dokum. “O que ainda não percebemos totalmente é o impacto que estes buracos negros em fuga têm no gás por onde passam. Muitas novas estrelas formam-se então a partir do gás impactado, com massas cerca de 100 milhões de vezes a do Sol. Este modo de formação estelar era anteriormente desconhecido e resulta num rasto de estrelas distantes da Via Láctea, aparentemente formando-se no vácuo do espaço.”
O próximo passo óbvio da equipa é encontrar mais exemplos de buracos negros de pista, explicou o investigador de Yale.
“É necessária uma imagem baseada no espaço para vê-los: a esteira destaca-se para nós porque é uma faixa muito fina, enquanto que nas imagens terrestres ficaria desfocada e irreconhecível”, explica van Dokum. “Felizmente, imagens de campo amplo com qualidade do Hubble estão chegando graças ao Telescópio Espacial Romano e ao Telescópio Euclides ligeiramente desfocado. Usar algoritmos de aprendizado de máquina para encontrar faixas finas nos dados romanos será um projeto interessante!”
A pesquisa da equipe foi submetida ao The Astrophysical Journal Letters e agora está disponível como um artigo revisado por pares arXiv.
